1.水下通信的挑战与UWOC的优势：

• 挑战：当前水下通信主要依赖长波通信和水声通信，但长波通信速率低且可靠性差，水声通信则受限于载波频率，数据速率一般不超过100 kb/s，且存在长时延、多径效应和多普勒频移等问题，难以满足图像、视频等高速实时业务传输需求。

• UWOC优势：水下无线光通信作为一种新兴通信技术，具有传输速率高（可达Mb/s量级）、通信容量大、带宽资源丰富、传播时延小、功耗低等显著优势，特别适用于中短距离高速数据传输场景。

2.ST-MISO-UWOC系统模型的提出：

• 背景：针对水下环境中光吸收、散射和湍流效应导致的信号劣化问题，学者们提出了采用空间分集结构来提升通信质量。然而，现有研究大多采用平面阵列光源，存在时间延迟问题，影响通信质量。

• 提出：本文提出了一种球面倾斜多输入单输出水下无线光通信（ST-MISO-UWOC）系统模型，旨在提升倾斜MISO-UWOC（T-MISO-UWOC）系统的通信性能。

3.ST-MISO-UWOC系统模型描述：

• 阵列发射机：由5个相同激光源组成，中心光源与接收机距离为R，其余4个激光源均指向接收机中心且具有相同的指向角θ。所有激光源分布在以接收机中心为球心、半径为R的球面上。

• 信号传输：各激光源发射的已调光信号通过水下无线光信道传输至接收机，合成信号经光电探测器转换为输出电流，再通过滤波器处理得到信号，最终经信号判决模块完成信息恢复。

4.系统传输特性分析：

• 光信号电场：激光源发射出的光信号电场表示为E(z, t) = Am(t)cos(ωt)，其中A c是载波的幅度，m(t)是调制信号，ω是载波光的角频率。

• 噪声影响：水下环境存在湍流效应，采用双Gamma-Gamma分布表征水体中强湍流对光信号的衰减特性。接收端光信号受到背景辐射噪声与接收机热噪声的共同影响，建模为加性高斯白噪声（AWGN）。

• 性能指标：分析了误码率（BER）、接收光功率和Q因子等关键性能指标。

4.系统模型仿真结果与分析：

• BER特性与判决时刻稳定性：在相同信噪比条件下，ST-MISO-UWOC系统的误码率显著低于T-MISO-UWOC系统，且最佳判决时刻稳定性更优。

• 数据速率适应性：ST-MISO-UWOC系统在高速数据传输场景下表现出更强的适应性，支持更高的数据传输速率。

• 接收光功率与传输距离的关系：在相同传输距离时，ST-MISO-UWOC系统始终保持更高的接收光功率，能够实现更远的有效传输距离。

6.结论与验证：

• 结论：采用球面激光阵列设计的ST-MISO-UWOC系统可显著提升UWOC质量，有效降低系统误码率并延长通信距离。

• 验证：通过理论分析与数值仿真，验证了ST-MISO-UWOC系统在误码性能、时序稳定性、数据速率适应性和接收光功率等方面的优势。

文件通过详细的理论分析和数值仿真，展示了ST-MISO-UWOC系统在水下无线光通信中的优越性能，为水下高速数据传输提供了新的解决方案。